为满足人们对舒适、方便及安全的需求，信息与通讯等消费性电子产品逐渐朝向多功能与可携式的型态发展，可说是必然的趋势；因此除了使电子产品本身更加轻薄短小外，在产品功能密度与功能种类等方面，必须有更显著的提升。而利用多层基板结构将电路中的各种被动组件，如电阻、电容与电感等埋入多层结构中，可大幅减少所需之表面黏着型电子组件。在高频的应用上也因传输线缩短而减少讯号衰减，特别是三度空间的线路结构，更是提高了单位体积的组件数目，而大幅增加单位体积的功能密度。

随着被动组件积体化需求的提高，以及陶瓷与硅的材质极接近，适合与IC芯片连接等特性，低温共烧陶瓷（Low Temperature Co-fired Ceramic；LTCC）正提供一极佳的技术平台，其最主要的概念便是把过去在印刷电路板上平行排列的各组件，如主动组件及被动组件等，藉由一层层的陶瓷基板进行垂直的设计摆放，让组件所占面积缩到最小。与目前印刷电路板平行排列的方式相较，LTCC显然节省相当大的面积，而且各陶瓷基板层可以同时进行作业，流程上较精简。此外，陶瓷材料的特征尺寸和总体物理稳定性很好，且陶瓷通常具有较好的热传导性（比FR-4塑料基板高），在组件整合的过程中，可以降低成本并增强可靠度。

《图一 LTCC技术优点之剖析图》

技术特点

LTCC技术在近年来一直是被动组件界的热门议题之一，究竟LTCC技术有何吸引之处呢？以下简单介绍LTCC技术的特点与要素。

LTCC技术因同时包含了高温共烧基板与厚膜印刷技术的优点，如(图一)，所以与其他竞争者如高温共烧基板（Al2O3）与有机板（FR4）相较，具备较多的优势；例如在温度特性、耐湿性、导体损失、整合被动组件之能力及小型化等特性，都优于其他竞争基板；如(表一)所示，若考虑整体特性还是以LTCC技术最具有优势，所以未来LTCC技术仍会是受瞩目的技术之一。

构成LTCC技术之要素可归纳成：(1)材料技术、(2)制程技术及(3)电路设计技术。在材料技术方面，主要包含基板材料与导体材料，对于基板材料的要求必须为低介电常数、低介电损失、不含铅及烧结温度需小于900℃；而对于导体材料的要求，则需高导电率与低迁移效应（migration）。在制程技术方面需掌控以下技术，其中包含导体印刷技术、高精度积层共烧技术及异质界面积层技术等。最后对电路设计技术作一展开，可知单功能组件设计技术、多功能组件设计技术及高频电路设计与仿真技术是电路设计技术不可缺少的构成要素。

材料制程瓶颈与挑战

LTCC制程流程如(图二)所示，主要制程分为冲片（Blanking）、通孔（Via Punch）／凹穴（Cavity）制作、填孔（Via Filling）、导体印刷（Conductor Printing）、迭压（Lamination）、切割（Cutting）、烧结（Firing）与组装（Assembly）。在通孔的制作上，随着单位面积上的通孔密度越来越高，通孔彼此间的距离越来越近，容易形成通孔的变形（Deformation）或坍塌（Slump），而造成通孔变形或坍塌的因素除了单位面积的通孔密度外，生坯厚度、通孔大小、通孔机的冲程与压力等也都是影响因素。

《图二 LTCC主要制程步骤》

此外通孔之后的填孔质量也是未来面临挑战的制程之一。传统的填孔制程是利用填孔机，以上下模具加压的方式，将金属涂料填入陶瓷生坯之通孔中，然而在加压结束后，上下模具脱离时，填入的金属涂料极易随着模具的脱离而被拉起，或者有过多的金属涂料残留于通孔上，造成通孔中所填入的涂料有凹凸不平的现象。此现象会影响后续网印制程中，所印导体线路之表面起伏与粗糙度，也就是所印的导体线路之表面，也将随着通孔中之涂料的高低起伏而变化，此现象易造成高频电性损失。(图三)为填孔后之金属涂料厚度高于生坯之情形。所以随着高频化之趋势，利用钢板印刷之填孔方式，将是日后取代传统加压式填孔之重要制程。

《图三 填孔之金属厚度过高》

随着薄膜制程技术微小化的快速发展，同样地，厚膜技术也正朝着满足电子产品微小化及高功能密度之需求趋势而迈进。因此各种厚膜细线路之形成技术也就应映而生。除了传统的网版印刷，其他如凹板转写（Gravure Offset Printing）[1、2]、光微影蚀刻（Fodel及Photo-etchable）[3-6]、Direct Writing（Laser与Micro-Pen） [7、8]等，也都是目前较常见的制程方式。尽管厚膜细线路成型技术如此多样，网版印刷仍是目前与未来的主流生产技术，主要是因成本较其它制程低、制程技术成熟且稳定、适合大量生产及广泛的被业界使用。

虽然细线路网印成型技术可提高线路或组件密度以实现微小化组件和高功能密度模块，但随着信号速度及系统频率的提升，组件和金属线路所表现之阻抗（Impedance）精确度（即尺寸变异）成了制程上被严格管控的参数。网印后的线路形状与尺寸变异决定于涂料的流变性质（Rheological Properties），如黏度（Viscosity）、触变性（Thixotropy）与降服应力（Yield Stress）等。此外，细线路若要能承受高温烧结且不断线以及展现低电性损耗性能，网印后除必需维持低线宽变异外，尚需维持相当的厚度，因此涂料具备特殊之流变性质是必需的。

实际上非细线路（线宽／线距＞100 (m）用之导体涂料与细线路（线宽／线距＜100 (m）用之涂料，所呈现出的黏度变化是截然不同的[9]，如(图四)所示。除导体涂料之外，其他如电阻（Resistor）、电容（Capacitor）与电感（Inductor）等厚膜组件也经常以网印方式制作，在尺寸变异及表面粗糙度上的控制，也都与流变性质息息相关，因此厚膜之流变特性在系统微小化与高频化之趋势中，便显得格外重要，所以更深层的了解厚膜流变行为以及如何控制流变等，将是未来制程上即将面对的挑战之一。

《图四 非细线路涂料与细线路涂料之黏度变化》

在组件或模块（Module）均需提高尺寸精度的要求下，LTCC生坯的无收缩（Non-Shrinkage）制程在各方的研究下已有多项产品及专利问世。然而在模块化的过程中，导体、电阻、电容与电感等异种材质均整合于多层生坯陶瓷结构中，在后续烧结制程，如何因彼此的热膨胀系数不同与可能产生的界面反应，而维持整体模块最小的尺寸变异，以及是否共烧匹配等问题都是未来材料开发与制程均需面临的问题。

市场展望

依据2001年的整年市场规模而论，LTCC产品依型态可分类成零组件（component）、模块（modules）及基板／封装（substrate/package）等；若依用途分类，则可区分成光领域（optical）、汽车用途（automotive）及无线通信／接口（wireless/interface）等三种。根据以上分类，则分别可统计出2001年LTCC各产品的比重，在Navian的调查报告中显示[10]，LTCC产品在2001年共达86350百万日圆，其中以零组件为最大宗，达整体金额的68％；次之为模块占整体金额的19％；最后为基板／封装占整体金额的13%。

若改以用途来区分统计，则以无线通信／界面为最大宗，达整体金额的62％；次之为汽车用途，占整体金额的33％；最后为光领域，占整体金额的5％。综合以上的调查结果得知，LTCC产品在2001年主要以零组件为主，且大部分被应用在无线通信／界面的领域中；另外值得一提的是，LTCC产品应用在汽车用途上的金额比例很高，但其产量却为整体的1％，由此可知用于汽车用途的LTCC产品，其单价及获利率都有可观的营利。以引擎控制模块ECU为例，其单价为3000日圆，比其零组件天线（Antenna）20～30日圆高出甚多。

接下来再针对零组件、模块及基板／封装作进一步详细分析。首先在零组件部分，其产品依其所占的金额比例多寡，依序为：平衡／非平衡阻抗转换器（Balun）、滤波器（Filter）、耦合器（Coupler）、分频器（Diplexer）及天线。其中以天线所占有的比例最低只有3％，但这也意味着天线的未来成长是可期，此一观点与Navian的调查报告不谋而合。

在基板／封装方面，主要产品包括引擎控制模块、功率放大器（PA module）及蓝芽（Bluetooth）等，其中以引擎控制模块占基板／封装类的整体金额81％为最大宗，次之为功率放大器占16％，最后为蓝芽占3％。虽然引擎控制模块及功率放大器所占有的比例较高，但其未来的成长性却不易见到；相对地，蓝芽虽然占有的比例较低，但其成长性是不可限量的，因为无线通信或传输一直是近年来的当红炸子鸡，其成长性是很可观的，所以蓝芽模块将是未来的明星产品。

另外在模块方面，目前主要产品包括射频前端模块（Front end module）、射频接收端模块（RX module）、功率自动控制模块（APC＋coupler module）及重迭模块（Magnificence module）。其中以射频前端模块占模块类的整体金额73％为最大宗，依序次之分别为重迭模块占15％、射频接收端模块占8％，最后功率自动控制模块占4％。由于射频前端模块已占有73％，对于未来的成长性可能并不大，反而射频接收端模块的占有率只有8％，所以未来的成长性是可期的。

综合以上的分析从中可获知，未来市场的趋势可能会朝应用于无线通信/接口领域的模块来发展，尤其是射频前端模块与接收端模块，因为射频前端模块仍具有广大的市场，而射频接收端模块则具有可观的成长性，所以未来若能掌控射频前端模块与接收端模块的市占率，则将会有巨观的收获。

技术应用趋势

从市场分析中不难发现，利用LTCC技术所制作出的产品，以模块化最具有成长性，其原因不外乎消费者的需求。例如众所皆知的消费性电子产品──手机，它从原先刚推出时的水壶般大小，迅速地降低至比婴儿的手还小，由此可见手机内的被动组件亦势必缩小其尺寸，才能使手机的整体体积降至最小。而如何降低手机内的被动组件尺寸呢？低温共烧陶瓷（LTCC）技术已提供了最佳解决方案，例如目前手机内的射频前端模块、射频接收端模块、功率自动控制模块及功率放大器模块等，它们的实体尺寸已被降至甚小，以射频前端模块为例，在2001年推出的产品中其尺寸可小至5.4×4.0×1.8mm。

LTCC模块技术的诞生造就了手机小型化的最大功臣，再则进一步思虑不难察觉，若将这些模块再整合在一起是否有此可能性？其答案是绝对有可能的，因为三菱电机与京瓷就针对此议题预计在2002年共同开发出多机能性的射频前端模块，其中包含分频器、低频滤波器（Low pass filter）、耦合器、开关器（switch）、功率放大器及调合电路（Matching circuit）等。所以未来的技术趋势将朝着模块整合发展，希望将手机内的射频端整合成只剩下一个模块。

LTCC技术应用于基板／封装上亦有所突破，如开发埋入式电阻／电容技术；此技术顾名思义是将电阻及电容埋入于基板之中，以便让设计者更能自由地设计电路，同时亦让整体所需的空间降至最小，以达缩小尺寸之效益如(图五)所示。(图五)为放大器基板（Amplifier Substrate）的3-D综览图，此放大器基板是由Northrop Grumman公司所开发而得，从此放大器基板中可证实已引进埋入式电阻／电容之技术，使得其电路设计得以自由地发挥不受限制，为被动组件积体化的最佳典范。故埋入式电阻／电容技术，将是低温共烧陶瓷应用于基板／封装上不可获缺的技术之一。

《图五 放大器基板的3-D综览》

结论

LTCC因为具有实现高密度电路连接、内埋被动组件与凹穴制作所提供之气密式密封等功能，以及优越的高频特性，目前已被广泛应用于各种通讯用之模块制作。在未来制程中将面对组件尺寸更小、更精准与更快速等多项挑战。而在被动组件内埋化的过程中，研发与LTCC生坯更具匹配性，同时随着温度或频率变化而具较小变异之电阻、电容与电感，则是未来材料开发需努力之方向。另外LTCC朝模块整合方向的迈进，并应用于无线通信／接口领域也是未来可预期之发展趋势。

（作者为工研院工业材料研究所积层陶瓷整合组件实验室副研究员）

〈参考文献

[1] M. Lahti, K. Kukkola and S. Leppavuori, "The Utilising of Gravure Offset Printing for Miniaturising of Electronic Packages," Microelectronics International, (37) (1995) 22-24.

[2] V. Golovanov, J. L. Solis, V. Lantto and S. Leppavuori, "Different thick-film methods in printing of one-electrode semiconductor gas sensor," Sensors and Actuators B, (34) (1996) 401-406.

[3] M. A. Skurski, M. A. Smith, R. R. Draudt, D. I. Amey, S. J. Horowitz and M. J. Champ, "Photoimageable Silver Cofireable Conductor Compatible With 951 Green TapeTM," International Symposium Microelectronics, (1998) 393-398.

[4] M. Vrana, J. D. Baets and A. V. Calster, "High Density Thick Film Multilayers with Ag-based Conductors," International Symposium Microelectronics, (1998) 789-794.

[5] P. Barnwell and J. Wood, "Fabrication of Low Cost Microwave Circuits and Structures Using an Advanced Thick Film Technology," IEMT/IMC Proceedings, (1998) 327-332.

[6] P. Barnwell and M. P. O'Neill, "Integrated Microwave Structures Using an Advanced Thick Film Technology," IEEE, (1999) 259-262.

[7] V. Kripesh, S. K. Bhatnagar, H. Osterwinter and W. Gust, "Fine-line Passive Components for Hybrid Microelectronics," Microelectronics International, (41) (1996) 9-11.

[8] D. Dimos, B. H. King and P. Yang, "Direct-Write Fabrication of Integrated, Multilayer Passive Components," International Symposium on Advanced Packaging Materials, (1999) 186-190.

[9] Q. Reynolds, H. G. MacMahon and J. Freitag, "Essential Paste Properties for Fine Line Thick Film," Hybrid Circuits, (35) (1994) 22-24.

[10] Navina, "Advanced LTCC Technology 2001", (2001)〉